JP4146450B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

この種の発光装置として、半導体発光素子と、当該半導体発光素子に並列接続されたバリスタとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された発光装置では、半導体発光素子は、並列接続されたバリスタによってＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）サージから保護されている。
特開２００１−１５８１５号公報

近年、光源として複数の半導体発光素子を備える発光装置が普及し始めている。この照明装置として、例えば、自動車用標識灯、車両用灯具、信号機、蛍光灯や白熱灯に代わる一般的照明器具等がある。

発光装置が複数の半導体発光素子を備える場合、各半導体発光素子をＥＳＤサージから保護するために、半導体発光素子毎にバリスタを並列接続する必要がある。すなわち、複数の半導体発光素子に対応して、複数のバリスタが実装されることとなる。

しかしながら、複数のバリスタを実装する場合、当該バリスタの実装面積が大きくなり、上述した発光機器の小型化を阻害する要因となってしまう。また、複数のバリスタを実装する必要があるため、実装コストが嵩むと共に実装工程が複雑なものとなってしまう。

本発明は、実装面積を縮小すると共に、実装コストを低減して、容易に実装することが可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、複数の半導体発光素子と、積層型チップバリスタと、を備えており、積層型チップバリスタが、電圧非直線特性を発現するバリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する複数のバリスタ部が所定の方向に沿って配されている積層体と、積層体の外表面のうち所定の方向に平行な一の外表面に形成されると共に複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ電気的に接続される複数の第１の外部電極と、複数の第１の外部電極が形成された外表面に対向する外表面に形成されると共に複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ電気的に接続される複数の第２の外部電極と、を有し、複数の内部電極が、当該複数の内部電極のうち隣り合う内部電極間において互いに重なり合う第１の電極部分と、当該第１の電極部分から複数の第１の外部電極が形成された外表面及び複数の第２の外部電極が形成された外表面に露出するように引き出された第２の電極部分と、を含み、複数の第１の外部電極及び複数の第２の外部電極が、対応する内部電極の第１の電極部分に第２の電極部分を通して電気的に接続されており、複数の半導体発光素子が、積層型チップバリスタ上に配され、複数のバリスタ部のうち対応するバリスタ部に並列接続されるように複数の第２の外部電極のうち対応する第２の外部電極にそれぞれ接続されることを特徴とする。

本発明に係る発光装置では、各バリスタ部が複数の半導体発光素子のうち対応する半導体発光素子に並列接続されるので、各半導体発光素子をＥＳＤサージから保護することができる。

また、本発明に係る発光装置が備える積層型チップバリスタでは、積層体が複数のバリスタ部を含むと共に、複数の第１の外部電極が積層体の外表面のうち所定の方向に平行な一の外表面に形成されている。また、複数の第１の外部電極は、対応する内部電極に第２の電極部分を通して電気的に接続されている。したがって、複数の第１の外部電極が形成された外表面を外部基板や外部機器等の実装面に対向させた状態で実装することにより、複数のバリスタ部が外部基板や外部機器等に対して実装されることとなる。この結果、複数のバリスタ部を実装するに際して、実装面積を縮小することができる。また、複数のバリスタ部を実装するための実装コストを低減して、容易に実装することができる。

また、本発明では、複数の第２の外部電極が、複数の第１の外部電極が形成された外表面に対向する外表面に形成されている。また、複数の第２の外部電極は、対応する内部電極に第２の電極部分を通して電気的に接続されている。これにより、複数の第２の外部電極が形成された外表面を利用して、バリスタ部と並列接続されるように、複数の半導体発光素子を容易に搭載することができる。

ところで、半導体発光素子は、その発光動作中、熱を発する。半導体発光素子が高温になると、その発光動作に影響が出る。このため、発生した熱を効率よく放散させる必要がある。本発明では、積層型チップバリスタが半導体発光素子に接続する第２の外部電極と当該第２の外部電極に接続する内部電極とを有するので、半導体発光素子において発生した熱は、主として、第２の外部電極及び内部電極に伝わり放散されることとなる。これにより、半導体発光素子において発生した熱の放熱パスが拡がり、半導体発光素子において発生した熱を効率よく放散することができる。

好ましくは、複数の第１の外部電極が形成された外表面及び複数の第２の外部電極が形成された外表面が、積層体の積層方向に平行な方向に伸びる。この場合、複数の内部電極が、複数の第１の外部電極が形成された外表面及び複数の第２の外部電極が形成された外表面に対して、当該外表面が伸びる方向に沿って併置されることとなる。これにより、各内部電極に関して、当該内部電極から積層型チップバリスタの外表面までの放熱パスが短くなり、内部電極からの熱の放散をより一層効率よく行うことができる。

好ましくは、バリスタ層が、ＺｎＯを主成分とする。ＺｎＯは、放熱基板として通常用いられるアルミナ等と同等程度の熱伝導率を有しており、比較的良好な熱伝導率を有する。したがって、内部電極からの熱の放散がバリスタ層により阻害されるのを抑制することができる。

好ましくは、バリスタ層が、Ｐｒを含み、複数の第１の外部電極及び複数の第２の外部電極が、積層体と同時焼成されることにより当該積層体の外表面上に形成され且つＰｄを含む電極層を有する。この場合、バリスタ素体と電極層との同時焼成により、積層体と外部電極との界面近傍に、ＰｒとＰｄとの酸化物、例えばＰｒ_２Ｐｄ_２Ｏ_５やＰｒ_４ＰｄＯ_７等が形成され、存在することとなる。この結果、積層体と第１及び第２の外部電極との接着強度を向上させることができる。

本発明者等は、ＺｎＯを主成分とするバリスタ素体と外部電極との接着強度を向上させ得るバリスタについて鋭意研究を行った。その結果、積層体（焼成されることにより積層体となるグリーン体）と外部電極（焼成されることにより外部電極となる導電性ペースト）とに含まれる材料に応じて積層体と外部電極との接着強度が変化するという新たな事実を見出すに至った。

ＺｎＯを主成分とするグリーン体の外表面に導電性ペーストを付与した後に、これらを焼成して、積層体と外部電極とを得る。このとき、グリーン体がＰｒ（プラセオジウム）を含み、導電性ペーストがＰｄ（パラジウム）を含んでいる場合、得られたバリスタ素体と外部電極との接着強度が向上する。

積層体と外部電極との接着強度が向上するという効果は、焼成時における次のような事象に起因するものと考えられる。グリーン体と導電性ペーストとを焼成する際に、グリーン体に含まれるＰｒがグリーン体の表面近傍、すなわちグリーン体と導電性ペーストとの界面近傍に移動する。そして、グリーン体と導電性ペーストとの界面近傍に移動したＰｒと導電性ペーストに含まれるＰｄとが相互拡散する。このとき、積層体と外部電極との界面近傍に、ＰｒとＰｄとの酸化物が形成されることがある。このＰｒとＰｄとの酸化物によりアンカー効果が生じ、焼成により得られた積層体と外部電極との接着強度が向上する。

好ましくは、バリスタ層が、Ｐｒを含み、複数の第１の外部電極及び複数の第２の外部電極が、積層体の外表面上に形成され且つＰｄを含む電極層を有しており、積層体と電極層との界面近傍に、バリスタ層に含まれるＰｒと電極層に含まれるＰｄとの酸化物が存在する。この場合、積層体と外部電極との界面近傍に、積層体に含まれるＰｒと電極層に含まれるＰｄとの酸化物が存在しているので、積層体と第１及び第２の外部電極との接着強度を向上させることができる。

好ましくは、電極層が、積層体と同時焼成されることにより、当該積層体の外表面に形成されている。この場合、バリスタ素体と第１及び第２の外部電極との界面近傍に、バリスタ素体に含まれるＰｒと電極層に含まれるＰｄとの酸化物を確実に存在させることができる。

好ましくは、積層体が、複数の第１の外部電極が形成された外表面と複数の第２の外部電極が形成された外表面とを主面とする略板状であり、複数の第１の外部電極が形成された外表面と複数の第２の外部電極が形成された外表面との間隔が積層体の所定の方向での長さに比して小さく設定されている。この場合、積層型チップバリスタの低背化を図ることができ、発光装置の低背化も可能となる。

好ましくは、所定の方向が、バリスタ層の積層方向である。また、好ましくは、所定の方向が、バリスタ層に平行な方向である。

好ましくは、複数の第１の外部電極が、当該複数の第１の外部電極が形成された外表面上において２次元配列され、複数の第２の外部電極が、当該複数の第２の外部電極が形成された外表面上において２次元配列されている。

好ましくは、各半導体発光素子が、対応する第２の外部電極にバンプ接続されることにより、積層型チップバリスタ上に配される。この場合、各半導体発光素子の積層型チップバリスタへの実装を極めて容易且つ簡易に行うことができる。

好ましくは、半導体発光素子が、第１導電型の半導体領域と第２導電型の半導体領域とを有し、当該第１導電型の半導体領域と当該第２導電型の半導体領域との間に印加される電圧に応じて発光する。

また、本発明に係る発光装置は、複数の半導体発光素子と、積層型チップバリスタと、を備えており、積層型チップバリスタが、電圧非直線特性を発現するバリスタ層と当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する複数のバリスタ部が所定の方向に沿って配されている積層体を有し、複数の半導体発光素子が、積層型チップバリスタ上に配され、複数のバリスタ部のうち対応するバリスタ部にそれぞれ並列接続されることを特徴とする。

本発明に係る発光装置では、各バリスタ部が複数の半導体発光素子のうち対応する半導体発光素子に並列接続されるので、各半導体発光素子をＥＳＤサージから保護することができる。

また、本発明に係る発光装置が備える積層型チップバリスタでは、積層体が複数のバリスタ部を含んでいるので、複数のバリスタ部を実装するに際して、実装面積を縮小することができる。また、複数のバリスタ部を実装するための実装コストを低減して、容易に実装することができる。

本発明によれば、実装面積を縮小すると共に、実装コストを低減して、容易に実装することが可能な発光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図５を参照して、本実施形態に係る発光装置ＬＥ１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る発光装置を示す概略上面図である。図２は、本実施形態に係る発光装置を示す概略下面図である。図３は、図１におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。図４は、図１におけるIV−IV線に沿った断面構成を説明するための図である。図５は、図１におけるV−V線に沿った断面構成を説明するための図である。図６は、図１におけるVI−VI線に沿った断面構成を説明するための図である。

発光装置ＬＥ１は、図１〜図４に示されるように、複数（本実施形態においては、４個）の半導体発光素子１と、積層型チップバリスタ１１とを備えている。各半導体発光素子１は、積層型チップバリスタ１１上に配されている。

まず、積層型チップバリスタ１１の構成について説明する。積層型チップバリスタ１１は、図１〜図５に示されるように、略矩形板状とされたバリスタ素体２１と、複数（本実施形態においては、８個）の第１の外部電極２５，２６と、複数（本実施形態においては、８個）の第２の外部電極２７，２８と、を備えている。各第１の外部電極２５，２６は、バリスタ素体２１の一方の主面（外表面）２２にそれぞれ形成されている。各第２の外部電極２７，２８は、バリスタ素体２１の他方の主面（外表面）２３にそれぞれ形成されている。バリスタ素体２１は、例えば、縦が２．０ｍｍ程度に設定され、横が１．０ｍｍ程度に設定され、厚みが０．３ｍｍ程度に設定されている。第１の外部電極２５は、積層型チップバリスタ１１の入力端子電極として機能し、第１の外部電極２６は、積層型チップバリスタ１１の出力端子電極として機能する。第２の外部電極２７，２８は、後述する半導体発光素子１に電気的に接続されるパッド電極として機能する。

バリスタ素体２１は、電圧非直線特性（以下、「バリスタ特性」と称する）を発現する複数のバリスタ層と、それぞれ複数の第１の内部電極層３０及び第２の内部電極層４０とが積層された積層体として構成されている。各一層の第１の内部電極層３０及び第２の内部電極層４０を一つの内部電極群として、当該内部電極群がバリスタ素体２１内においてバリスタ層の積層方向（以下、単に「積層方向」と称する。）に沿って複数（本実施形態においては、２つ）配置されている。各内部電極群において、第１の内部電極層３０及び第２の内部電極層４０は、互いの間に少なくとも一層のバリスタ層が介在するように、第１の内部電極層３０と第２の内部電極層４０とが交互に配置されている。各内部電極群は、互いの間に少なくとも一層のバリスタ層が介在するように配置されている。実際の積層型チップバリスタ１１では、複数のバリスタ層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。

バリスタ層は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分として含むと共に、副成分として希土類金属元素、Ｃｏ、IIIｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、アルカリ金属元素（Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）及びアルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）等の金属単体やこれらの酸化物を含む素体からなる。本実施形態において、バリスタ層は、副成分としてＰｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ、Ａｌ等を含んでいる。これにより、バリスタ層における第１の内部電極層３０と第２の内部電極層４０とに重なる領域が、ＺｎＯを主成分とすると共にＰｒを含むこととなる。

本実施形態では、希土類金属として、Ｐｒを用いている。Ｐｒは、バリスタ特性を発現させるための材料となる。Ｐｒを用いる理由は、電圧非直線性に優れ、また、量産時での特性ばらつきが少ないためである。バリスタ層におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ層を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、通常、９９．８〜６９．０質量％である。バリスタ層の厚みは、例えば５〜６０μｍ程度である。

各第１の内部電極層３０は、図３に示されるように、複数（本実施形態においては、２つ）の第１の内部電極３１をそれぞれ含んでいる。各第１の内部電極３１は、バリスタ素体２１における積層方向に平行な側面から所定の間隔を有した位置に、互いに電気的に絶縁されるように所定の間隔を有してそれぞれ形成される。

各第１の内部電極３１は、第１の電極部分３３と、第２の電極部分３５ａ，３５ｂとを含んでいる。第１の電極部分３３は、積層方向から見て、後述する第２の内部電極４１の第１の電極部分４３と互いに重なり合う。第１の電極部分３３は、略矩形状を呈している。第２の電極部分３５ａは、図５に示されるように、第１の電極部分３３から一方の主面２２に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分３５ａは、第１の外部電極２５に物理的及び電気的に接続されている。

第２の電極部分３５ｂは、図５に示されるように、第１の電極部分３３から他方の主面２３に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分３５ｂは、第２の外部電極２７に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分３３は、第２の電極部分３５ａを通して第１の外部電極２５に電気的に接続されると共に、第２の電極部分３５ｂを通して第２の外部電極２７に電気的に接続されている。第２の電極部分３５ａ，３５ｂは、第１の電極部分３３と一体に形成されている。

各第２の内部電極層４０は、図４にも示されるように、複数（本実施形態においては、２つ）の第２の内部電極４１をそれぞれ含んでいる。各第２の内部電極４１は、バリスタ素体２１における積層方向に平行な側面から所定の間隔を有した位置に、互いに電気的に絶縁されるように所定の間隔を有してそれぞれ形成される。各第２の内部電極４１は、図７に示されるように、一つの内部電極を構成するように一体に形成されていてもよい。この場合、外部電極２６を、上記一つの内部電極毎に１つずつ設けるようにしてもよい。

各第２の内部電極４１は、第１の電極部分４３と、第２の電極部分４５ａ，４５ｂとを含んでいる。第１の電極部分４３は、積層方向から見て、第１の内部電極３１の第１の電極部分３３と互いに重なり合う。第１の電極部分４３は、略矩形状を呈している。第２の電極部分４５ａは、図６に示されるように、第１の電極部分４３から一方の主面２２に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分４５ａは、第１の外部電極２６に物理的及び電気的に接続されている。

第２の電極部分４５ｂは、図６に示されるように、第１の電極部分４３から他方の主面２３に露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分４５ｂは、第２の外部電極２８に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分４３は、第２の電極部分４５ａを通して第１の外部電極２６に電気的に接続されると共に、第２の電極部分４５ｂを通して第２の外部電極２８に電気的に接続されている。第２の電極部分４５ａ，４５ｂは、第１の電極部分４３と一体に形成されている。

第１及び第２の内部電極３１，４１は導電材を含んでいる。第１及び第２の内部電極３１，４１に含まれる導電材としては、特に限定されないが、ＰｄまたはＡｇ−Ｐｄ合金からなることが好ましい。第１及び第２の内部電極３１，４１の厚みは、例えば０．５〜５μｍ程度である。

第１の外部電極２５，２６は、一方の主面２２上に、Ｍ行Ｎ列（パラメータＭ及びＮそれぞれを２以上の整数とする）に２次元配列されている。本実施形態では、第１の外部電極２５，２６は４行２列に２次元配列されている。第１の外部電極２５と第１の外部電極２６とは、一方の主面２２上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ他方の主面２２に平行な方向に所定の間隔を有して配されている。第１の外部電極２５，２６は、矩形状（本実施形態では、正方形状）を呈している。第１の外部電極２５，２６は、例えば、各一辺の長さが３００μｍ程度に設定され、厚みが５μｍ程度に設定されている。

第２の外部電極２７，２８は、一方の主面２３上に、Ｍ行Ｎ列（パラメータＭ及びＮそれぞれを２以上の整数とする）に２次元配列されている。本実施形態では、第２の外部電極２７，２８は４行２列に２次元配列されている。第２の外部電極２７と第２の外部電極２８とは、他方の主面２３上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ他方の主面２３に平行な方向に所定の間隔を有して配されている。第２の外部電極２７，２８は、矩形状（本実施形態では、正方形状）を呈している。第２の外部電極２７，２８は、例えば、各一辺の長さが３００μｍ程度に設定され、厚みが５μｍ程度に設定されている。

外部電極２５〜２８は、第１の電極層２５ａ〜２８ａ及び第２の電極層２５ｂ〜２８ｂをそれぞれ有している。第１の電極層２５ａ〜２８ａは、バリスタ素体２１の外表面に形成されており、Ｐｄを含んでいる。第１の電極層２５ａ〜２８ａは、後述するように導電性ペーストが焼成されることにより形成されている。導電性ペーストには、Ｐｄ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものが用いられている。金属粉末は、Ａｇ−Ｐｄ合金粒子を主成分とするものであってもよい。

第２の電極層２５ｂ〜２８ｂは、第１の電極層２５ａ〜２８ａ上に印刷法あるいはめっき法により形成されている。第２の電極層２５ｂ〜２８ｂは、ＡｕあるいはＰｔからなる。印刷法を用いる場合は、Ａｕ粒子あるいはＰｔ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストを用意し、当該導電性ペーストを第１の電極層２５ａ〜２８ａ上に印刷し、焼付あるいは焼成することにより第２の電極層２５ｂ〜２８ｂを形成する。めっき法を用いる場合は、真空めっき法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等）により、ＡｕあるいはＰｔを蒸着させるにより第２の電極層２５ｂ〜２８ｂを形成する。第２の電極層２５ｂ〜２８ｂは、Ｐｔ／Ａｕの積層体として構成してもよい。

第１の内部電極３１の第１の電極部分３３と第３の内部電極４１の第１の電極部分４３とは、上述したように、隣り合う第１の内部電極３１の第１の電極部分３３との間において互いに重なり合う。したがって、バリスタ層における第１の電極部分３３と第１の電極部分４３とに重なる領域がバリスタ特性を発現する領域として機能する。上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１においては、第１の電極部分３３と、第１の電極部分４３と、バリスタ層における第１の電極部分３３及び第１の電極部分４３に重なる領域とにより、一つのバリスタ部が構成されることとなる。

第１の電極部分３３，４３とバリスタ層における第１の電極部分３３，４３に重なる領域とにより構成されるバリスタ部は、バリスタ層の積層方向に沿って複数（本実施形態においては、２つ）配されることとなる。また、第１の電極部分３３，４３とバリスタ層における第１の電極部分３３，４３に重なる領域とにより構成されるバリスタ部は、バリスタ層に平行な方向に沿って複数（本実施形態においては、２つ）配されることとなる。

バリスタ素体２１の一対の主面２２，２３は、上述したバリスタ部が配される方向、すなわち、バリスタ層の積層方向及びバリスタ層に平行な方向に対して平行である。バリスタ素体２１は、上述したように一対の主面２２，２３を有する板状である。一対の主面２２，２３の間隔は、バリスタ素体２１におけるバリスタ部が配される方向、すなわち、バリスタ層の積層方向及びバリスタ層に平行な方向での長さに比して小さく設定されている。一対の主面２２，２３の間隔は、バリスタ素体２１の厚みに相当する。

続いて、図８及び図９を参照して、上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１の製造過程について説明する。図８は、本実施形態に係る積層型チップバリスタの製造過程を説明するためのフロー図である。図９は、本実施形態に係る積層型チップバリスタの製造過程を説明するための図である。

まず、バリスタ層を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する（ステップＳ１０１）。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて２０時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。

このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して厚さ３０μｍ程度の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してグリーンシートを得る（ステップＳ１０３）。

次に、グリーンシートに、第１の内部電極３１に対応する電極部分を複数（後述する分割チップ数に対応する数）形成する（ステップＳ１０５）。同様にして、異なるグリーンシートに、第２の内部電極４１に対応する電極部分を複数（後述する分割チップ数に対応する数）形成する（ステップＳ１０５）。第１及び第２の内部電極３１，４１に対応する電極部分は、Ｐｄ粒子を主成分とする金属粉末、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷等の印刷法にて印刷し、乾燥させることにより形成する。

次に、電極部分が形成された各グリーンシートと、電極部分が形成されていないグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する（ステップＳ１０７）。こうして得られたシート積層体をチップ単位に切断して、分割された複数のグリーン体ＧＬ１（図９参照）を得る（ステップＳ１０９）。得られたグリーン体ＧＬ１では、第１の内部電極３１に対応する電極部分ＥＬ１が形成されたグリーンシートＧＳ１と、第２の内部電極４１に対応する電極部分ＥＬ２が形成されたグリーンシートＧＳ２と、電極部分ＥＬ１，ＥＬ２が形成されていないグリーンシートＧＳ３とが順次積層されている。グリーンシートＧＳ１とグリーンシートＧＳ２との間に位置するグリーンシートＧＳ３は、複数枚積層してもよく、また、積層しなくてもよい。

次に、グリーン体ＧＬ１の外表面に、外部電極２５〜２８の第１の電極層２５ａ〜２８ａ用の導電性ペースト及び外部電極２５〜２８の第２の電極層２５ｂ〜２８ｂ用の導電性ペーストを付与する（ステップＳ１１１）。ここでは、グリーン体ＧＬ１の一方の主面上に、対応する電極部分ＥＬ１，ＥＬ２に接するように導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷した後、乾燥させることによって、第１の電極層２５ａ，２６ａに対応する電極部分を形成する。そして、第１の電極層２５ａ，２６ａに対応する電極部分上に、導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷した後、乾燥させることによって、第２の電極層２５ｂ，２６ｂに対応する電極部分を形成する。また、グリーン体ＧＬ１の他方の主面上に、対応する電極部分ＥＬ１，ＥＬ２に接するように導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷した後、乾燥させることによって、第１の電極層２７ａ，２８ａに対応する電極部分を形成する。そして、第１の電極層２７ａ，２８ａに対応する電極部分上に、導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷した後、乾燥させることによって、第２の電極層２７ｂ，２８ｂに対応する電極部分を形成する。

第１の電極層２５ａ〜２８ａ用の導電性ペーストには、上述したように、Ａｇ−Ｐｄ合金粒子あるいはＰｄ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものを用いることができる。第２の電極層２５ｂ〜２８ｂ用の導電性ペーストには、上述したように、Ｐｔ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものを用いることができる。なお、これらの導電性ペーストは、ガラスフリットを含んでいない。

次に、導電性ペーストが付与されたグリーン体ＧＬ１に、１８０〜４００℃、０．５〜２４時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、１０００〜１４００℃、０．５〜８時間程度の焼成を行い（ステップＳ１１３）、バリスタ素体２１と第１の電極層２５ａ〜２８ａと第２の電極層２５ｂ〜２８ｂとを得る。この焼成によって、グリーン体ＧＬ１におけるグリーンシートＧＳ１〜ＧＳ３はバリスタ層となる。電極部分ＥＬ１は、第１の内部電極３１となる。電極部分ＥＬ２は、第２の内部電極４１となる。

以上の過程により、積層型チップバリスタ１１が得られることとなる。なお、焼成後に、バリスタ素体２１の表面からアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ等）を拡散させてもよい。

次に、図３〜図６を参照して、各半導体発光素子１の構成について説明する。

各半導体発光素子１は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-EmittingDiode）であり、基板２と、当該基板２上に形成された層構造体ＬＳとを備えている。ＧａＮ系の半導体ＬＥＤは、周知であり、その説明を簡略化する。基板２は、サファイアからなる光学的に透明且つ電気絶縁性を有する基板である。層構造体ＬＳは、積層された、ｎ型（第１導電型）の半導体領域３と、発光層４と、ｐ型（第２導電型）の半導体領域５とを含んでいる。半導体発光素子１は、ｎ型の半導体領域３とｐ型の半導体領域５との間に印加される電圧に応じて発光する。

ｎ型の半導体領域３は、ｎ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｎ型の半導体領域３は、基板２上にＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＳｉといったｎ型ドーパントが添加されてｎ型の導電性を有している。また、ｎ型の半導体領域３は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｎ型の半導体領域３は、発光層４に対して下部クラッドとしての役割を果たす。

発光層４は、ｎ型の半導体領域３上に形成され、ｎ型の半導体領域３及びｐ型の半導体領域５から供給されたキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより発光領域において光を発生する。発光層４は、例えば、障壁層と井戸層とが複数周期にわたって交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とすることができる。この場合、障壁層及び井戸層がＩｎＧａＮからなり、Ｉｎ（インジウム）の組成を適宜選択することによって障壁層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップより大きくなるように構成される。発光領域は、発光層４において、キャリアが注入される領域に生じる。

ｐ型の半導体領域５は、ｐ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｐ型の半導体領域５は、発光層４上にＡｌＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが添加されてｐ型の導電性を有している。また、ｐ型の半導体領域５は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｐ型の半導体領域５は、発光層４に対して上部クラッドとしての役割を果たす。

ｎ型の半導体領域３上には、カソード電極６が形成されている。カソード電極６は、導電性材料からなり、ｎ型の半導体領域３との間にオーミック接触が実現されている。ｐ型の半導体領域５上には、アノード電極７が形成されている。アノード電極７は、導電性材料からなり、ｐ型の半導体領域５との間にオーミック接触が実現されている。カソード電極６及びアノード電極７には、バンプ電極８が形成されている。

上述した構成の半導体発光素子１では、アノード電極７（バンプ電極８）とカソード電極６（バンプ電極８）との間に所定の電圧が印加されて電流が流れると、発光層４の発光領域において発光が生じることとなる。

各半導体発光素子１は、対応する一対の第２の外部電極２７，２８にバンプ接続されている。すなわち、カソード電極６は、バンプ電極８を介して第２の外部電極２８に電気的且つ物理的に接続されている。アノード電極７は、バンプ電極８を介して第２の外部電極２７に電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第１の電極部分３３，４３とバリスタ層における第１の電極部分３３，４３に重なる領域とにより構成されるバリスタ部が、半導体発光素子１に並列接続されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、各バリスタ部が当該各バリスタ部に対応する半導体発光素子１に並列接続されるので、各半導体発光素子１をＥＳＤサージから保護することができる。

また、本実施形態では、バリスタ素体２１が複数のバリスタ部を含むと共に、複数の第１の外部電極２５，２６がバリスタ素体２１の一方の主面２２に形成されている。また、複数の第１の外部電極２５，２６は、対応する内部電極３１，４１に第２の電極部分３５ａ，４５ａを通して電気的に接続されている。したがって、複数の第１の外部電極２５，２６が形成された一方の主面２２を外部基板や外部機器等の実装面に対向させた状態で実装することにより、複数のバリスタ部が外部基板や外部機器等に対して実装されることとなる。この結果、複数のバリスタ部を実装するに際して、実装面積を縮小することができる。また、複数のバリスタ部を実装するための実装コストを低減して、容易に実装することができる。

ところで、本実施形態の積層型チップバリスタ１１では、入力端子電極として機能する第１の外部電極２５と第１の出力端子電極として機能する外部電極２６とが共に、バリスタ素体２１の一方の主面２２に配されている。すなわち、積層型チップバリスタ１１は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージとされた積層型チップバリスタである。この積層型チップバリスタ１１は、はんだボールやバンプ電極等を用いて各外部電極２５，２６と当該各第１の外部電極２５，２６に対応するランドとを電気的及び機械的に接続することにより、外部基板や外部機器等に実装される。

また、本実施形態では、複数の第２の外部電極２７，２８が、複数の第１の外部電極２５，２６が形成された主面２２に対向する他方の主面２３に形成されている。また、複数の第２の外部電極２７，２８は、対応する内部電極３１，４１に第２の電極部分３５ｂ，４５ｂを通して電気的に接続されている。これにより、複数の第２の外部電極２７，２８が形成された外表面を利用して、バリスタ部と並列接続されるように、複数の半導体発光素子１を容易に搭載することができる。

ところで、半導体発光素子１は、その発光動作中、熱を発する。半導体発光素子１が高温になると、その発光動作に影響が出る。このため、発生した熱を効率よく放散させる必要がある。本実施形態では、積層型チップバリスタ１１が半導体発光素子１に接続する第２の外部電極２７，２８と当該第２の外部電極２７，２８に接続する第１及び第２の内部電極３１，４１とを有するので、半導体発光素子１において発生した熱は、主として、第２の外部電極２７，２８及び第１及び第２の内部電極３１，４１に伝わり放散されることとなる。これにより、半導体発光素子１において発生した熱の放熱パスが拡がり、半導体発光素子１において発生した熱を効率よく放散することができる。

本実施形態においては、一方の主面２２及び他方の主面２３が、バリスタ素体２１の積層方向、すなわちバリスタ層の積層方向に平行な方向に伸びている。これにより、第１及び第２の内部電極３１，４１が、一方の主面２２及び他方の主面２３に対して、一方の主面２２及び他方の主面２３が伸びる方向に沿って併置されることとなる。この結果、各内部電極３１，４１に関して、当該各内部電極３１，４１からバリスタ素体２１の一方の主面２２及び他方の主面２３までの放熱パス、すなわち積層型チップバリスタ１１の外表面までの放熱パスが短くなり、第１及び第２の内部電極３１，４１からの熱の放散をより一層効率よく行うことができる。

本実施形態においては、バリスタ層がＺｎＯを主成分としている。ＺｎＯは、放熱基板として通常用いられるアルミナ等と同等程度の熱伝導率を有しており、比較的良好な熱伝導率を有する。したがって、第１及び第２の内部電極３１，４１からの熱の放散がバリスタ層により阻害されるのを抑制することができる。

本実施形態によれば、グリーン体ＧＬ１がＰｒを含み、第１及び第２の外部電極２５〜２８の第１の電極層２５ａ〜２８ａ用の導電性ペーストがＰｄを含み、当該導電性ペーストが付与されたグリーン体ＧＬ１を焼成して、Ｐｒを含むバリスタ素体２１とＰｄを含む第１の電極層２５ａ〜２８ａとを得るので、バリスタ素体２１と第１の電極層２５ａ〜２８ａとが同時焼成されることとなる。これにより、バリスタ素体２１と第１及び第２の外部電極２５〜２８（第１の電極層２５ａ〜２８ａ）との接着強度を向上させることができる。

バリスタ素体２１と第１及び第２の外部電極２５〜２８との接着強度が向上するという効果は、焼成時における次のような事象に起因するものと考えられる。グリーン体ＧＬ１と導電性ペーストとを焼成する際に、グリーン体ＧＬ１に含まれるＰｒがグリーン体ＧＬ１の表面近傍、すなわちグリーン体ＧＬ１と導電性ペーストとの界面近傍に移動する。そして、グリーン体ＧＬ１と導電性ペーストとの界面近傍に移動したＰｒと導電性ペーストに含まれるＰｄとが相互拡散する。ＰｒとＰｄとが相互拡散するとき、バリスタ素体２１と第１及び第２の外部電極２５〜２８との界面近傍（界面も含む）に、ＰｒとＰｄとの酸化物（例えば、Ｐｒ_２Ｐｄ_２Ｏ_５やＰｒ_４ＰｄＯ_７等）が形成されることがある。このＰｒとＰｄとの酸化物によりアンカー効果が生じ、焼成により得られたバリスタ素体２１と第１及び第２の外部電極２５〜２８との接着強度が向上する。

ＢＧＡパッケージとされた積層型チップバリスタは、入出力端子電極あるいはグランド端子電極として機能する外部電極の面積が特に小さい。このため、バリスタ素体と外部電極との接着強度が低くなり、外部電極がバリスタ素体から剥がれてしまう懼れがある。しかしながら、本実施形態の積層型チップバリスタ１１では、上述したようにバリスタ素体２１と第１及び第２の外部電極２５〜２８（第１の電極層２５ａ〜２８ａ）との接着強度が向上しているので、第１及び第２の外部電極２５〜２８がバリスタ素体２１から剥がれることはない。

第１の電極層２５ａ〜２８ａを形成するための導電性ペーストがガラスフリットを含んでいる場合、焼成の際に、ガラス成分が第１の電極層２５ａ〜２８ａの表面に析出することがあり、めっき性やはんだ付与性が悪化する懼れがある。しかしながら、本実施形態では、第１の電極層２５ａ〜２８ａを形成するための導電性ペーストがガラスフリットを含んでいないため、めっき性やはんだ付与性が悪化することはない。

本実施形態においては、バリスタ素体２１が、一対の主面２２，２３を有する略板状であり、一対の主面２２，２３の間隔は、バリスタ素体２１におけるバリスタ部が配される方向での長さに比して小さく設定されている。これにより、積層型チップバリスタ１１の低背化を図ることができ、発光装置ＬＥ１の低背化も可能となる。

本実施形態では、各半導体発光素子１が、対応する第２の外部電極２７，２８にバンプ接続されることにより、積層型チップバリスタ１１上に配されている。これにより、各半導体発光素子１の積層型チップバリスタ１１への実装を極めて容易且つ簡易に行うことができる。

本実施形態に係る積層型チップバリスタ１１では、バリスタ素体２１（バリスタ層）がＢｉを含んでいない。バリスタ素体２１がＢｉを含まない理由は、以下の通りである。バリスタ素体が、ＺｎＯを主成分とすると共にＢｉを含み、外部電極が、バリスタ素体と同時焼成されることにより当該バリスタ素体の外表面に形成され且つＰｄを含む電極層を有する場合、バリスタ素体と電極層との同時焼成により、ＢｉとＰｄとが合金化し、バリスタ素体と電極層との界面にＢｉとＰｄとの合金が形成されることとなる。ＢｉとＰｄとの合金は、特に、バリスタ素体との濡れ性が悪く、バリスタ素体と電極層との接着強度を低下させるように作用する。このため、バリスタ素体と電極層（外部電極）との接着強度を所望の状態に確保することが困難となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、積層型チップバリスタ１１上に配される半導体発光素子１の数は、上述した４個に限られることなく、２個以上であればよい。この場合、バリスタ部及び外部電極２５〜２８の数は、半導体発光素子１の数に対応した数とされる。

上述した積層型チップバリスタ１１の各バリスタ部においては、一対の内部電極３１，４１を有しているが、これに限られない。各バリスタ部において、第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１を複数ずつ有していてもよい。

上述した積層型チップバリスタ１１においては、複数のバリスタ部がバリスタ層の積層方向及びバリスタ層に平行な方向に沿って配されているが、これに限られない。複数のバリスタ部がバリスタ層の積層方向にだけ沿って配されていてもよい。また、複数のバリスタ部がバリスタ層に平行な方向にだけ沿って配されていてもよい。また、配されるバリスタ部の数も、上述した数に限られない。

本実施形態では、半導体発光素子１としてＧａＮ系の半導体ＬＥＤを用いているが、これに限られない。半導体発光素子１として、例えば、ＧａＮ系以外の窒化物系半導体ＬＥＤ（例えば、ＩｎＧａＮＡｓ系の半導体ＬＥＤ等）や窒化物系以外の化合物半導体ＬＥＤやレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を用いてもよい。

本実施形態に係る積層型チップバリスタを示す概略上面図である。 本実施形態に係る積層型チップバリスタを示す概略下面図である。 図１におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。 図１におけるIV−IV線に沿った断面構成を説明するための図である。 図１におけるV−V線に沿った断面構成を説明するための図である。 図１におけるVI−VI線に沿った断面構成を説明するための図である。 第２の内部電極の変形例を示す図である。 本実施形態に係る積層型チップバリスタの製造過程を説明するためのフロー図である。 本実施形態に係る積層型チップバリスタの製造過程を説明するための図である。

符号の説明

１…半導体発光素子、１１…積層型チップバリスタ、２１…バリスタ素体、２２…一方の主面、２３…他方の主面、２５，２６…第１の外部電極、２５ａ，２６ａ…第１の電極層、２５ｂ，２６ｂ…第２の電極層、２７，２８…第２の外部電極、２７ａ，２８ａ…第１の電極層、２７ｂ，２８ｂ…第２の電極層、３１…第１の内部電極、３３…第１の電極部分、３５ａ，３５ｂ…第２の電極部分、４１…第２の内部電極、４３…第１の電極部分、４５ａ，４５ｂ…第２の電極部分、ＬＥ１…発光装置。

Claims (10)

1. 複数の半導体発光素子と、積層型チップバリスタと、を備えており、
   前記積層型チップバリスタが、
   ＺｎＯを主成分として電圧非直線特性を発現するバリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する複数のバリスタ部が所定の方向に沿って配されている積層体と、
   前記積層体の外表面のうち一の外表面に形成されると共に前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ電気的に接続される複数の第１の外部電極と、
   前記複数の第１の外部電極が形成された前記一の外表面に対向する外表面に形成されると共に前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ電気的に接続される複数の第２の外部電極と、を有し、
   前記複数の内部電極が、
   当該複数の内部電極のうち隣り合う内部電極間において互いに重なり合う第１の電極部分と、
   当該第１の電極部分から前記複数の第１の外部電極が形成された前記外表面及び前記複数の第２の外部電極が形成された前記外表面に露出するように引き出された第２の電極部分と、を含み、
   前記複数の第１の外部電極及び前記複数の第２の外部電極が、前記対応する内部電極の前記第１の電極部分に前記第２の電極部分を通して電気的に接続されており、
   前記複数の第１の外部電極が形成された前記外表面及び前記複数の第２の外部電極が形成された前記外表面が、前記積層体の積層方向に平行な方向に伸び、
   前記複数の半導体発光素子が、前記積層型チップバリスタ上に配され、前記複数のバリスタ部のうち対応するバリスタ部に並列接続されるように前記複数の第２の外部電極のうち対応する第２の外部電極にそれぞれ接続されることを特徴とする発光装置。
2. 前記バリスタ層が、Ｐｒを含み、
   前記複数の第１の外部電極及び前記複数の第２の外部電極が、前記積層体と同時焼成されることにより当該積層体の前記外表面上に形成され且つＰｄを含む電極層を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記バリスタ層が、Ｐｒを含み、
   前記複数の第１の外部電極及び前記複数の第２の外部電極が、前記積層体の前記外表面上に形成され且つＰｄを含む電極層を有しており、
   前記積層体と前記電極層との界面近傍に、前記バリスタ層に含まれるＰｒと前記電極層に含まれるＰｄとの酸化物が存在することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記電極層が、前記積層体と同時焼成されることにより、当該積層体の前記外表面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記積層体が、前記複数の第１の外部電極が形成された前記外表面と前記複数の第２の外部電極が形成された前記外表面とを主面とする略板状であり、
   前記複数の第１の外部電極が形成された前記外表面と前記複数の第２の外部電極が形成された前記外表面との間隔が前記積層体の前記所定の方向での長さに比して小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記所定の方向が、前記バリスタ層の積層方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
7. 前記所定の方向が、前記バリスタ層に平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
8. 前記複数の第１の外部電極が、当該複数の第１の外部電極が形成された前記外表面上において２次元配列され、
   前記複数の第２の外部電極が、当該複数の第２の外部電極が形成された前記外表面上において２次元配列されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
9. 前記各半導体発光素子が、前記対応する第２の外部電極にバンプ接続されることにより、前記積層型チップバリスタ上に配されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
10. 前記半導体発光素子が、第１導電型の半導体領域と第２導電型の半導体領域とを有し、当該第１導電型の半導体領域と当該第２導電型の半導体領域との間に印加される電圧に応じて発光することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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